电力设备：太阳能行业报告之一前景广阔(6)

　　多晶硅产品是单晶及硅片的唯一原料，用多晶硅加工制成的硅片(硅抛光片、太阳能电池片)，主要用于集成电路、整流器件、功率晶体管、分立器件、探测器、太阳能电池等半导体器件。用多晶硅作原料生产的半导体器件广泛用于计算机、通信设备、汽车电子设备、工业电子设备、太阳能电站、宇航以及国防军工系统。总之多晶硅是人类社会进步、国民经济各个部门及国防技术装备等领域不可缺少和替代的最重要的功能材料之一。

　　多晶硅生产技术

　　国外多晶硅的生产方法很多，各种生产方法围绕提高产品质量、降低产品成本进行着激烈的竞争，方法本身不断完善、工艺技术不断改进、设备不断更新，力求自己处于优胜者地位。各种生产方法经过了长期的演变和工艺技术的变更，目前多晶硅的生产方法主要有西门子法和新硅烷法，西门子法分传统西门子法和改良西门子法，由于原料不同，新硅烷法分棒状和粒状两种。

　　改良西门子法是目前占绝对优势的生产方法，绝大部分多晶硅都是用该方法生产的，占2004年世界生产能力的74%。1955年西门子公司的E.Spenke等人研究成功在硅棒发热体上用氢还原三氯氢硅来制备多晶硅，1957年开始大规模工业生产，在生产多晶硅厂中采用西门子法工艺的工厂最多。改良西门子法是在传统西门子法工艺基础上发展起来，主要包括氢化、精馏提纯、还原及尾气干法回收。其流程特点是采用闭路循环系统，用氢化工艺将副产物四氯化硅转化为三氯氢硅，大大降低了原料消耗，使用大型不锈钢钟罩节电还原炉，能耗低。

　　本工艺还在发展中，逐渐取代了传统西门子法。

　　美国从70年代后期致力于廉价多晶硅生产工艺的研究，UCC公司首先开发了独特的硅烷生产新工艺，称为新硅烷法。该工艺克服了老硅烷法的缺点，不需采用较昂贵的硅镁合金，而以四氯化硅为原料，包括氢化、歧化、热分解、氢回收等，且呈闭路循环，几乎无副产物排出。

　　新硅烷法近几年发展较快，确定有许多改良西门子法无比拟的优点。诸如硅烷热分解温度较低、耗电少、硅烷容易提纯、产品纯度高、硅烷中硅含量较高(87.5%)、原料消耗低等，是一种有发展前景的新工艺。但硅烷是易燃易爆气体，不易保存，生产安全问题不如改良西门子法易于处理。硅烷热分解炉比较复杂，硅棒直径受到限制，这也是该方法尚待解决的问题。

　　粒状多晶硅是采用流化床法生产的，经过十余年开发研究，美国奥本爱尔(ALBEMARLE)公司(由MEMC合并)于1987年建成了年生产能力为1250吨的粒状多晶硅生产线，生产能力占1998年多晶硅生产能力的7%左右。流化床法生产粒状多晶硅的最大特点是热效率高，耗电仅为改良西门子法的1/10。多晶硅生产成本低，也为直拉单晶硅连续拉制奠定了基础。粒状多晶硅是个很好的方法，但由于粒状表面积大，容易被污染是生产中特别关切的问题。

　　多晶硅质量指标

　　目前生产的多晶硅产品质量基本上能满足集成电路及功率器件发展的技术要求，用户可不经腐蚀、清洗直接装炉。多晶硅质量指标好，产品稳定，多晶硅N型电阻率都在1000Ωcm以上。表7、表8、表9为几家代表性厂商的多晶硅质量指标。

　　多晶硅生产的主要工序都应用计算机控制，自动化水平和设备装备水平都较高，为多晶硅向大直径化和大型节点还原炉方向发展创造了条件。多晶硅棒直径可达200～250mm，日本三菱高纯度硅公司已有硅棒49对棒、棒长2000mm、产品直径150～200mm，每炉产量4500～5000kg的大型还原炉投入使用